自然对流换热试验

自然对流换热实验报告一、实验目的（1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。（2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h。（3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu数、Gr数和Pr数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式nGrcNrPr)(中的c值和n值，并给出PrGr的范围。二、实验原理对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。即rhc（W）式中：)(fwctthA；UIh；4f4w0100T100TAcr，所以4f4w0100T100T)()(fwfwttcttAUIh）（K/Wm式中：c为对流换热量，W；h为加热器产生的热量，W；r为辐射换热量，W;U加热器电压，V；I为加热器电流，A；为圆柱体表面黑度，=0.064；0c为黑体辐射系数，）（420Km/W67.5c；wt为管壁平均温度，℃；ft为玻璃室内空气温度，℃；A为圆柱体的表面积，m2；h为自然对流换热系数，）（K/W2m。当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U、电流I、管壁温度wt、玻璃室内温度ft，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A，计算出其对流换热系数h。根据相似理论，自然对流换热的准则为Pr),(GrfNr在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即nGrcNrPr)(式中：c、n是通过实验所确定的常数（在一定的PrGr数值范围内）。为了确定上述关系式的具体形式，根据测量数据计算结果求得努塞尔准则Nu、格拉晓夫准则Gr和普朗特准则Pr，即hDNu；23tDgGr；aPr式中：Pr、（空气的体胀系数，1/K）、（空气的运动黏度，m2/s）等、（空气的导热系数，℃）（m/W）等物性参数由定性温度）（2fwtt从气体的热物理性质表查取；2/8.9smg；D为圆管壁面定型尺寸，m；fwttt，℃。通过不同的实验管，可以得到多组数据，利用双对数坐标纸作图或最小二乘法求出c、n。具体方法如下：Pr)lg(lglgGrncNu直线的斜率为n，截距为clg。用最小二乘法计算n及c，公式如下)()())(())((lg)()()())((22222iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiixmxxyxyxcxmxyxmyxn式中：iiiiNuyGrx)lg(;Pr)lg(。下标和表示试验管号，m为计算时所选用试验管个数。三、实验装置及其规范本实验共有8根尺寸不同圆管，规格尺寸见表1，实验段有紫铜管组成，其表面镀铬以减少表面的辐射换热量，并使表面的黑度值较为稳定，铜管内装有电加热器。用调压器调节加热器两端的电压控制加热量。管壁表面上等距离地布置了4~7对热电偶，用来测量壁面平均温度。实验管的两端都装有绝缘材料，以减少实验段与固定支撑间的导热损失。为了防止外界对气流的扰动，整个实验设备均放置于隔离的玻璃室内，各测头引出玻璃室外，整个系统通过交流稳压器和220V/50Hz电源连接。配套测量仪器有调压器、电流表、电压表（通常用万用表代替）、电位差计，水银温度计悬挂在玻璃隔墙上，以便测读大空间温度。表1各实验圆管尺寸尺寸管号12345678D（m）0.0750.0630.0510.0420.0330.0250.0200.016L（m）1.4471.3731.2501.1470.9500.7970.6540.500规范：（1）实验过程中不允许随意调节调压器，不许转换电流表的量程档，更不许随意关断电源。（2）如果用万用表替代电压表测量电压，选用万用表的交流电压档。（3）电位差计接入测量回来时，切记正负极不能接反。（4）实验过程中，不许任意挪动仪器，更不能擅自进入玻璃室内。（5）实验用热电偶材料为铜-康铜。四、实验步骤（1）连接好除电位差计以外的其他测量仪表，检查调压器输出电压在零位。（2）接通电源，调整调压器，使实验管的加热电流各不相同，最大圆管的加热电流不超过2A，其他管电流依次递减，预热约4h以上，管壁温度稳定。（3）把电位差计接入测量回路，注意其正负极，并对电位差计进行调零。（4）通过切换开关，从电位差计测定管壁个测电热电动势，并读出电流、电压。（5）最后读出玻璃室内的空气温度。（6）测试完毕，把万用表关闭并放回原位，电位差计的倍率开关关断。（7）全部实验结束后，经指导老师同意，把调压器调节零位，并断实验台上电源开关。五、数据记录与处理1.常规数据记录室温0t=23℃2.实验数据记录及处理管号测量值U（V）I（A）管壁各点热电势（mV）L）（mD）（m（℃）ft1E2E3E4E5E6E平均E3号35.10.70.7570.8030.8720.9180.8330.7410.82071.2500.05123查热电偶分度表得，℃077.23fwtt，则℃077.43wt。）（K/W93976.1100296100316)231.43(67.5064.0)231.43(502.1051.07.01.35100T100T)()(2444f4w0mttcttAUIhfwfw668.310697.2051.093976.12-hDNu526-3231020265.310288.1620051.0306/18.9）（tDgGr7004.0Pra